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FGSVG系列高壓動態無功補償裝置

產品概述

  FGSVG系列高壓動態無功補償裝置,以多片DSP+FPGA為控制核心,采用瞬時無功理論控制技術、FFT快速諧波計算技術、大功率IGBT驅動技術,以高可靠性、易操作、高性能為設計目標,能夠快速連續地提供容性或感性無功功率,實現恒考核點無功功率、恒考核點電壓和恒考核點功率因數,以及綜合補償等多種控制模式。FGSVG系列高壓動態無功補償裝置,不僅可以自動補償無功,還可以同時動態補償諧波,保障電力系統穩定、高效、優質地運行。
      在輸配電網中,新能源的大量接入,大容量的電力電子設備等非線性負荷和沖擊負荷的廣泛應用,帶來了嚴重的電能質量問題,使用FGSVG高壓動態無功補償裝置,可以顯著地改善負荷與公共電網連接點處的電能質量,例如提高功率因數、克服三相不平衡、消除電壓閃變和電壓波動、抑止諧波污染等。
     FGSVG高壓動態無功補償裝置,于2013年被發改委列為重大技術產業化項目;2014年榮獲賽爾傳媒 “十大電能質量品牌”獎項;2015年,35kV直掛式FGSVG裝置被科技部列為火炬計劃產業化示范項目,獲科技部中小企業技術創新基金項目資助;2016年列 入國家《戰略性新興產業重點產品和服務指導目錄》;2017年獲山東省優秀節能成果獎; 2018年再次榮獲“北極星杯”最受歡迎十大光伏電氣配套品牌和“光能杯”CREC“年度光伏電站優質部件企業”大獎。2018年新風光百兆級高壓水冷SVG成功通過中國電科院型式試驗檢測驗收。

 

產品結構

       FGSVG高壓動態無功補償裝置由控制柜、功率柜、電抗器組成。控制柜主要控制箱、二次控制邏輯電路,其中控制箱通過光纖連接到功率單元。在功率柜里有三相功率單元,根據電網電壓等級不同,每相由若干個功率單元串聯組成,最后通過電抗器接入電網。
        功率單元采用級聯式H橋電路結構,功率單元串聯,輸出疊加成高壓,通過電抗器接入電網;功率單元模塊化設計,各單元可以互換。
        FGSVG控制系統采集電網電壓、電流信號,采用瞬時無功控制理論,快速計算出各功率單元的電流指令,并通過光纖傳給各功率單元。功率柜每相由若干個功率單元串聯,采用載波移相技術,各單元輸出電壓疊加,形成多電平高壓輸出,通過電抗器連接到電網,輸出可控的無功電流。

工作原理

        在交流電路中,電壓和電流的相位有三種情況,當負載呈現純電阻特性時,電壓和電流相位相同;當負載呈現電感特性時,電壓相位超前電流相位;當負載呈現電容特性時,電壓相位滯后電流相位。FGSVG高壓動態無功補償裝置基本原理就是將可控H橋電路通過電抗器并聯到電網上,適當調節橋式電路輸出電壓的幅值和相位,或者直接控制其輸出電流,使該電路吸收或者發出滿足電網需求的無功電流,實現動態無功補償的目的,如下表所示。
表1 SVG運行原理表

性能及特點

         FGSVG系列產品采用現代電力電子、自動化、微電子及網絡通訊等技術,采用先進的瞬時無功功率理論和基于同步坐標變換的功率解耦算法,以設定的無功性質及大小、功率因數、電網電壓等為控制目標運行,動態的跟蹤電網電能質量變化調節無功輸出,并能實現曲線設定運行,提升電網質量。
  易操作、高性能、高可靠性的FGSVG系列產品為滿足用戶對提高輸配電電網的功率因數、治理諧波、補償負序電流的迫切需求做出相應設計,具有以下特點:
  ●  模塊化設計,安裝、維護簡單,設定簡便。
  ●  現場調試簡便,具備PT、CT接線自動分析功能。
  ●  動態響應速度快,響應時間≤5ms。
  ●  輸出電流諧波(THD)≤3%。
  ●  多種運行模式極大的滿足用戶需求,運行模式有:恒裝置無功功率模式、恒考核點無功功率模式、恒考核點功率因數模式、恒考核點電壓模式、負載補償模式,運行模式和目標值可實時更改。
  ●  實時跟蹤負荷變化,動態連續平滑補償無功功率,提高系統功率因數,實時治理諧波,補償負序電流,提高電網供電質量。
  ●  抑制電壓閃變,改善電壓質量,穩定系統電壓。
  ●  FGSVG電路參數精心設計,發熱量小,效率高,運行成本低
  ●  設備結構緊湊,占地面積小。
  ●  主電路采用IGBT組成的H橋功率單元鏈式串聯結構,每相由多個相同功率單元組成,整機輸出由PWM波形疊加而成的階梯波,逼近正弦,經輸出電抗濾波后正弦度良好。
  ●  FGSVG采用冗余性設計和模塊化設計,滿足系統高可靠性的需求。
  ●  保護功能齊全,具有過壓、欠壓、過流、單元過熱、不均壓等保護,并能實現故障瞬間的波形錄制,便于確定故障點,易維護,運行可靠性高。
  ●  人機界面友好顯示,對外通訊提供了RS485等接口,采用標準Modbus通訊協議。除具有實時數字量及模擬量的顯示、運行歷史事件記錄、歷史曲線記錄查詢、單元狀態監控、系統信息查詢、歷史故障查詢等功能外,還具有上電系統自檢、一鍵開停機、分時控制、示波器(AD通道強制錄波)、故障瞬間電壓/電流波形記錄等特色功能。
  ●   FGSVG設計包含與FC配合使用的接口,實現定補和動補的有效結合,為用戶提供更經濟,更靈活的補償方案。
  ●   投切時無暫態沖擊,無合閘涌流,無電弧重燃,無需放電即可再投。
  ●   與系統連接時,不需要考慮交流系統相序,連接方便。
  ●   可并聯安裝,極易擴展容量。多臺SVG并機運行,使用環形光纖通訊技術,通訊速度快,能夠完好的滿足實時補償的要求。

其他技術特點

        低電壓穿越技術  
        FGSVG高壓動態無功補償裝置通過持續的技術創新,開發設計了全性能低電壓穿越技術。無論三相短路故障、相間短路故障,還是低穿到90%或20%,FGSVG都可以提供額定的容性電流。對于不平衡低穿,新風光提出了雙鎖相環、雙pq控制理論。
        2017年我公司高壓動態無功補償裝置通過電力工業電氣設備質量檢驗測試中心全面測試。并網點A相電壓不變,B、C電壓瞬間跌落至20%,維持2s ,然后2s上升至額定,1min內重復三次,測試數據如下圖,測試結果符合要求。
        諧波補償技術
        
在中頻爐、電解鋁等工礦企業,由于大功率、非線性負載的接入,導致低頻次電流諧波注入電網,嚴重時影響其它設備的穩定運行。我公司SVG采用離散傅氏變換的快速算法、瞬時無功理論算法,開發出了具有諧波補償功能的高壓動態無功補償裝置。
        由于SVG載波頻率較低(可提高運行效率),治理25次及以下頻次的諧波,諧波頻次越低補償率越高。
        負序補償技術
        
電力系統中存在大量的不平衡負荷及一些單相大容量負荷,例如電氣化鐵路。這些負荷產生的負序、無功電流造成大量的電能損失,威脅著電力系統的安全和經濟運行。
        我公司生產的角型鏈式SVG,是一種理想的補償治理方法,響應速度快,可進行無功、負序綜合治理。通過對補償電路的相量圖進行幾何分析,求解得到負序補償所需要的相電流相量,進而根據瞬時無功功率理論,推導出dq/△變換矩陣,可得到角型鏈式SVG負序補償所需的相電流指令信號。
        多機并聯協調控制技術
        隨著電力系統容量的不斷增加,電力系統對無功補償裝置的容量需求也不斷增加,由于目前受IGBT技術和用戶分工期投運的制約,在現場會出現多臺SVG設備并聯在用一段母線運行,這就需要SVG設備能夠并聯運行,需要并聯運行各SVG可以自動功率平衡。
        我公司發明了一種簡單、高效的SVG并聯運行環形光纖控制系統。并聯運行的SVG控制器通過光纖連接成環,并聯臺數不受控制器光纖接口個數的限制。環內可以使用不同功率等級的SVG,并自動平衡無功功率輸出,合理的利用各SVG出力。環內的任何一臺SVG都可以設置為主機,從機故障不影響其它SVG設備運行。
        PT、CT接線自動分析技術
        在現場,SVG通過現場的PT和CT,采集系統電壓和電流信號,PT接線直接影響SVG鎖相、并網,CT接線直接影響SVG對考核點無功、功率因數的計算。
        我公司SVG具有PT、CT接線自動分析功能,使并網調試變得非常簡單、高效。


        控制系統自檢技術
        FGSVG系列高壓動態無功補償裝置,控制系統采用多片DSP+FPGA技術,控制系統復雜。為了整機可靠運行,使用DSP對控制箱內線路板進行上電自檢,假如控制箱內的線路板有問題,可以快速定位問題點,提高工作效率和產品智能化水平。
 
        串行光纖通信技術
        為了強電與弱電之間進行隔離,SVG控制器與各功率單元之間通過光纖連接。目前SVG控制器與功率單元之間的典型光纖連接方式是每個功率單元通過兩根光纖連接到SVG控制器。
        我公司發明了一種串行光纖通信技術,并已經申請專利。SVG控制器與功率單元通過光纖連接成多個串行光纖通信回路,使SVG控制器的光纖接口數量和光纖的數量顯著減少,提高生產效率并降低故障率。
        跟蹤響應速度快
        FGSVG系列高壓動態無功補償裝置,通過南京電科院、武高所等第三方測試單位的測試,響應時間小于5ms。
 
        接口豐富
        可選擇本機控制、遠控控制,具有RS485、以太網等接口,支持MODBUS、CDT91、IEC104等通訊協議。補償模式,以及各種工作模式的目標值可通過上位機遠程給定。

FGSVG系列產品的特點

FGSVG系列產品采用現代電力電子、自動化、微電子及網絡通訊等技術,采用先進的瞬時無功功率理論和基于同步坐標變換的功率解耦算法,以設定的無功性質及大小、功率因數、電網電壓等為控制目標運行,動態的跟蹤電網電能質量變化調節無功輸出,并能實現曲線設定運行,提升電網質量。
  易操作、高性能、高可靠性的FGSVG系列產品為滿足用戶對提高輸配電電網的功率因數、治理諧波、補償負序電流的迫切需求做出相應設計,具有以下特點:
  ●  模塊化設計,安裝、調試、設定簡便。
  ●  動態響應速度快,響應時間≤5ms。
  ●  輸出電流諧波(THD)≤3%。
  ●  多種運行模式極大的滿足用戶需求,運行模式有:恒裝置無功功率模式、恒考核點無功功率模式、恒考核點功率因數模式、恒考核點電壓模式、負載補償模式,目標值可實時更改。
  ●  實時跟蹤負荷變化,動態連續平滑補償無功功率,提高系統功率因數,實時治理諧波,補償負序電流,提高電網供電質量。
  ●  抑制電壓閃變,改善電壓質量,穩定系統電壓。
  ●  FGSVG電路參數精心設計,發熱量小,效率高,運行成本低
  ●  設備結構緊湊,占地面積小。
  ●  主電路采用IGBT組成的H橋功率單元鏈式串聯結構,每相由多個相同功率單元組成,整機輸出由PWM波形疊加而成的階梯波,逼近正弦,經輸出電抗濾波后正弦度良好。
  ●  FGSVG采用冗余性設計和模塊化設計,滿足系統高可靠性的需求。
  ●  功率電路模塊化設計,維護簡單,互換性好。
  ●  保護功能齊全,具有過壓、欠壓、過流、單元過熱、不均壓等保護,并能實現故障瞬間的波形錄制,便于確定故障點,易維護,運行可靠性高。
  ●  人機界面友好顯示,對外通訊提供了RS485等接口,采用標準Modbus通訊協議。除具有實時數字量及模擬量的顯示、運行歷史事件記錄、歷史曲線記錄查詢、單元狀態監控、系統信息查詢、歷史故障查詢等功能外,還具有送電后系統自檢、一鍵開停機、分時控制、示波器(AD通道強制錄波)、故障瞬間電壓/電流波形記錄等特色功能。
  ●   FGSVG設計包含與FC配合使用的接口,實現定補和動補的有效結合,為用戶提供更經濟,更靈活的補償方案。
  ●   投切時無暫態沖擊,無合閘涌流,無電弧重燃,無需放電即可再投。
  ●   與系統連接時,不需要考慮交流系統相序,連接方便。
  ●   可并聯安裝,極易擴展容量。并機運行使用光纖通訊,通訊速度快,能夠完好的滿足實時補償的要求。

主要技術參數

額定工作電壓:6kV,10kV,27.5kV,35kV;
  ●   額定容量:±1~±100Mvar;
  ●   輸出無功范圍:感性額定無功到容性額定無功范圍內連續變化;
  ●   響應時間:≤5ms;
  ●   過載能力:1.2倍過載1min;
  ●   輸出電壓總諧波畸變率(并網前):≤5%;
  ●   輸出電流總諧波畸變率THD:≤3%;
  ●   系統電壓不平衡保護,整定范圍:4%~10%;
  ●   效率:額定運行工況≥99.2%;
  ●   運行溫度:-20℃~+40℃;
  ●   貯存溫度:-40℃~+65℃;
  ●   人機界面:采用中文彩色觸摸屏顯示;
  ●   相對濕度:月平均值不大于90﹪(25℃),無凝露;
  ●   海拔高度:﹤1000m(高于1000m需定制);
  ●   地震烈度:≤8度。

應用領域及用途

FGSVG系列產品可廣泛應用于石油化工、電力系統、冶金、電氣化鐵路、城市建設等行業中,為各種異步電動機、變壓器、晶閘管變流器、變頻器、感應爐、照明設備、電弧爐、電力機車、提升機、起重機、沖壓機、吊車、電梯、風力發電機、電梯、電焊機、電阻爐、石英熔煉爐等設備提供高質量、高可靠性的無功補償及濾波的解決方案。
  FGSVG系列產品可以增強電力傳輸能力、減小電能損耗、補償無功功率、治理諧波、抑制閃變、穩定電網電壓、平衡三相系統、改變系統的阻尼特性、提高系統的穩定性。

FGSVG型號規格與尺寸

FGSVG系列產品的型號命名規則如圖1所示:

  圖1 產品的型號

  注:容量(Mvar)表示從感性無功到容性無功動態調節范圍內的額定最大調節容量。例如C2.0/10,表示:直掛式10kV、容量為±2Mvar的裝置。能夠在+2000kvar(感性)到-2000kvar(容性)范圍內對無功進行連續平滑調節。
  FGSVG系列電壓等級6kV成套裝置選型與外形尺寸詳見圖2,表1


  圖2 FGSVG-C6.0/6外形圖
  表1 FGSVG系列電壓等級6kV型號規格與尺寸

  說明:
  (1)高度不含風機高度(約500mm)。
  (2)容量(Mvar)表示從感性無功到容性無功動態調節范圍內的額定最大調節容量。例如C5.0/6,表示為6kV、容量為±5Mvar裝置,即+5Mvar(感性)到-5Mvar(容性)范圍內對無功進行連續平滑調節。
  (3)使用空心電抗的設備無電抗柜,需另外規劃擺放空間。
  (4)以上尺寸僅供參考,公司保留對產品升級和改進的權利,若有產品尺寸更改恕不另行通知。
  FGSVG系列電壓等級10kV成套裝置選型與外形尺寸詳見圖3,表2。


  圖3 FGSVG-C6.0/10外形圖
  表2 FGSVG系列電壓等級10kV型號規格與尺寸

  說明:
  (1)高度不含風機高度(約500mm)
  (2)容量(Mvar)表示從感性無功到容性無功動態調節范圍內的額定最大調節容量。例如C5.0/10,表示為10kV、容量為±5Mvar裝置,即+5Mvar(感性)到-5Mvar(容性)范圍內對無功進行連續平滑調節。
  (3)使用空心電抗的設備無電抗柜,需另外規劃擺放空間。
  (4)以上尺寸僅供參考,公司保留對產品升級和改進的權利,若有產品尺寸更改恕不另行通知。
  FGSVG系列電壓等級35kV成套裝置選型與外形尺寸詳見圖4 表3所示。


  圖4 FGSVG-C6.0/10外形圖
  表3 FGSVG系列電壓等級35kV型號規格與尺寸

  說明:
  (1)高度不含風機高度(約500mm)。
  (2)容量(Mvar)表示從感性無功到容性無功動態調節范圍內的額定最大調節容量。例如C5.0/35,表示為35kV、容量為±5Mvar裝置,即+5Mvar(感性)到-5Mvar(容性)范圍內對無功進行連續平滑調節。
  (3)35kV設備使用空心電抗無電抗柜,需另外規劃擺放空間。
  (4)以上尺寸僅供參考,公司保留對產品升級和改進的權利,若有產品尺寸更改恕不另行通知。
  (5)對于35kV系列產品,三相可分為三排前后就近布置。

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